Materiales Industriales

¿Qué son los materiales industriales?

En este artículo veremos un breve resumen de cómo podríamos agrupar y clasificar a los materiales de uso industrial, sin dejar de tener en cuenta que estas clasificaciones son muy antiguas pero esquemáticas. 

Los materiales sólidos se clasifican en tres grandes grupos: metales, cerámicas y polímeros. Esta clasificación se basa en su composición química y su estructura atómica. Por lo general, la mayoría de los materiales entran en una u otra categoría, aunque hoy en día existen materiales intermedios, de los cuales haremos una mención. Además, a nivel industrial existen otras dos grandes categorías de suma importancia: los materiales compuestos (“composite”) y los semiconductores. Por otro lado, en los últimos años se han dado enormes avances y estudios acerca de los llamados nanomateriales. 

METALES 

Son, en general, combinaciones de elementos metálicos, en distintos estados de oxidación. Los metales podrían visualizarse como una estructura electroestática de cationes con electrones deslocalizados que pueden moverse libremente ya que no pertenecen a ningún átomo en particular. Por estar ligados a los átomos sólo ligeramente, el conjunto de electrones en los metales suele conocerse como “mar” o “nube” de electrones. Esto les da las fascinantes propiedades que los caracterizan. Gracias a la deslocalización de los electrones, los metales conducen la electricidad y el calor, y son opacos a la luz visible, es decir, no son transparentes ni translúcidos, pero parecen brillar al ser iluminados. En cuanto a propiedades mecánicas, los metales son resistentes, aunque deformables, ¡propiedad de increíble importancia para la manufactura! 

CERÁMICAS 

Son básicamente compuestos químicos formados por elementos metálicos y no metálicos (óxidos, nitruros, carburos). Ejemplos de estos materiales son la arcilla, el cemento o el vidrio. A diferencia de los metales, son malísimos conductores. De hecho, son aislantes térmicos y eléctricos. La principal aplicación de estos materiales la vemos en los ladrillos (a veces conocidos como “refractarios”). Estos forman parte de la familia de las cerámicas, las cuales son mucho más resistentes que los metales y los polímeros en ambientes agresivos y a altas temperaturas. En cuanto a propiedades mecánicas son muyduras y frágiles. 

POLÍMEROS 

Es una gran y amigable familia de productos que abarcan desde los plásticos hasta el caucho. Soncompuestos orgánicos basados principalmente en el carbono, hidrógeno y otros no metales (recordar la regla del CHON: ¡Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno!). Se caracterizan por tener estructuras moleculares super largas. De hecho, se podrían comparar con fideos tipo spaghetti (ya veremos que esta analogía explica también algunas propiedades físicas). Poseen densidades bajas y extraordinaria flexibilidad, lo cual da como resultado estructuras muy livianas, perfectas para aplicaciones edilicias y constructivas complejas.  

MATERIALES COMPUESTOS 

Vamos a entenderlos mucho mejor a través de un ejemplo: la fibra de vidrio, muy utilizada en embarcaciones, es un típico caso de material compuesto. Como ya pueden adivinar por su nombre, se compone de vidrio en forma de pequeños filamentos embebido en una matriz de material polimérico (una resina, por lo general transparente). La razón de su existencia es que, al lograr combinar dos familias de materiales distintas, se alcanzan propiedades a las que nunca podrían llegar por sí solos: la fibra de vidrio es, por el vidrio (material cerámico), resistente mecánicamente, mientras que el polímero le agrega flexibilidad. Hay mucha investigación en este campo, y casi todos los materiales nuevos que se desarrollan intentan ir en esta dirección. 

SEMICONDUCTORES 

Extraños materiales, muy sensibles. Son como las estrellitas de la electrónica, porque tienen propiedades intermedias entre los conductores y los aislantes eléctricos. Decimos que son sensibles, y realmente lo son, a la presencia de pequeñísimas concentraciones de átomos de impurezas. Estas impurezas, en lugares bien controlados, muy concentradas, hacen que estos materiales tengan la capacidad de convertirse en conductores o aislantes dependiendo de variables exógenas como ser la temperatura, la radiación, la presión o la presencia de campos eléctricos o magnéticos. Casi como si fuera magia, permitieron que existan los circuitos integrados, y han revolucionado la industria electrónica y de computación. 

ESTUDIOS ACTUALES 

De entre todas las cosas que a diario se descubren en el campo del estudio de materiales industriales, hoy están muy de moda los nanomateriales (materiales con propiedades morfológicas menores a un micrón en alguna de sus dimensiones), que permiten generar estructuras casi exentas de imperfecciones (generadoras de fracturas y dislocaciones). También se están estudiando los “dopajes” de sustancias normalmente no conductoras como ser un óxido con un metal, para hacerlo conductor. Y, a decir verdad, ya no sabemos qué más se puede inventar. Solo sabemos que esto tiene vida propia.